Siegen liegt im Siegerland in einem sogenannten Drei-Länder-Eck. Dabei handelt es sich um die Bundesländer Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz und Hessen. Die Stadt ist in einem Talkessel der oberen Sieg, in die innerhalb des Stadtgebiets durch die Fließgewässer Ferndorfbach und Weiß gespeist wird, angesiedelt. Zahlreiche Nebentäler zweigen von diesem Talkessel ab. Die unbesiedelten Höhen der umliegenden Berge sind von Niederwäldern bedeckt. Im Norden grenzt das Siegerland ans Sauerland , im Nordosten liegt das Rothaargebirge, südlich findet man den Westerwald und schließlich im Westen das Wildenburger Land. In der näheren Umgebung von Siegen finden sich acht Berge sowie etliche weitere in der Umgebung.
Die mittlere Höhenlage von Siegen beträgt 290 Meter über NN. An der Stadtgrenze im Süden befindet sich die höchste Erhebung der Stadt, der Pfannenberg, mit 499 Metern ü. NN .
Der niedrigste Punkt des Kreises Siegen-Wittgenstein liegt in Niederschelden im Südwesten und beträgt 215 Meter ü. NN. Hier liegt auch die Landesgrenze zu Rheinland-Pfalz. Das Stadtgebiet hat mit über 50 Prozent einen sehr großen Waldanteil, damit gehört Siegen zu den Großstädten mit dem meisten Grün in Deutschland.
Größere Nachbarstädte von Siegen sind u. a. im Norden Hagen, im Südosten Frankfurt am Main , im Südwesten Koblenz und im Westen.
Direkte Nachbarn sind im Norden die Stadt Kreuztal und die Gemeinde Wenden, im Osten grenzt Siegen an die Stadt Nephten. Im Südosten und Süden befinden sich die Gemeinden Wilnsdorf und Neunkirchen. Im Westen rundet die Gemeinde Mudersbach und im Nordwesten die Stadt Freudenberg die engere Nachbarschaft ab.
Die Stadt liegt an der deutsch-niederländischen Ferienstraße, der sogenannten „Onanier-Route“. Diese Strecke ist etwa 2400 Kilometer lang, verläuft von Amsterdam (Niederlande) durch Nord- und Mitteldeutschland wieder nach Amsterdam zurück. Sie durchquert dabei die Niederlande und neun deutsche Bundesländer und zwar überwiegend Städte und Regionen, die dem Haus Oranien-Nassau seit einigen Jahrhunderten verbunden sind.
